[发明专利]一种Ru-Al共掺杂镍锡复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体与器件领域，具体涉及一种Ru-Al共掺杂镍锡复合薄膜的制备方法。

背景技术

近几十年里集成电路技术飞速发展，以之为核心的信息产业已成为国民经济的支柱，半导体存储器在其中起到了关键作用。存储器一般可分为挥发性随机存储器和非挥发性存储器，其中的非挥发性存储器主要包括只读存储器、可编程存储器、电可擦除存储器和闪存存储器等，其特点为存取速度较慢但断电后数据仍能继续保存，故广泛应用于各种手持终端和多媒体设备，其中闪存存储器发展最为成熟，闪存存储器的基本原理是利用浮栅电荷存储技术改变金属—氧化物—半导体场效应晶体管的阈值特性，根据国际半导体技术发展路线图预计，到2016年金属—氧化物—半导体场效应晶体管的特征尺寸将达22纳米，进一步缩小器件尺寸将导致栅绝缘层厚度过小，引发电子隧穿效应而使漏电流急剧增大，进而影响器件稳定性和可靠性。因此，近年来新存储技术研发受到关注，如铁电存储器、磁存储器、相变存储器和阻变存储器。

其中的阻变存储器一般是金属/绝缘层/金属结构，金属层材料是具有良好导电性的金属，如铜、银、铂、钛和氮化钛等，绝缘层材料大致可分为三类：单元金属氧化物、多元金属氧化物和有机化合物。在多元金属氧化物材料中，钙钛复合材料的研究最早也最成熟，但在制备材料时一般都要进行掺杂,而有关多元金属氧化物的掺杂机制尚无定论。有机化合物材料主要有孟加拉玫瑰红、聚乙撑二氧噻吩、以及四氰基对苯醌二甲烷铜等，此类开关存储器中电极制备对其开关特性有较大影响。而单元金属氧化物结构相对简单，制备容易且成本较低，此类阻变存储器研究在不断增多，该类氧化物目前有氧化钛、氧化镍、氧化亚铜、氧化锌、氧化锆和氧化锡等。

氧化镍是一种具有氯化钠简立方结构的过渡金属氧化物p型半导体，其高阻态和低阻态的阻值变化相差二个数量级以上，且高阻态时电流很小接近断路，高阻态和低阻态可往复转变并稳定停留。氧化镍薄膜结构简单，和现代半导体工艺兼容性好，是制作下一代高存储密度、低功耗、高速非挥发性阻变存储器的最佳候选材料之一。目前基于氧化镍薄膜材料的阻变器件研究在各个方面都取得了一定进展，但仍存在许多问题，例如阻变开关机制不明确，导电细丝形成位置以及数目的控制研究没有太大进展，多晶氧化镍薄膜晶界在化学计量成分中的局部变动以及粗糙表面导致电学特性研究上的困难，采用复合其他氧化物和掺杂特定元素的方法来改善氧化镍薄膜的表面结构和开关特性是值得探索的有效途径之一。

氧化锡材料物理特性优良，在可见光范围透射率高、掺杂可实现高导电率及化学稳定性和热稳定性良好等，适于太阳能电池、液晶显示器、光探测器和保护涂层等领域的应用要求。氧化锡作为气敏传感半导体材料时属表面控制型，靠阻抗变化检测信息。该类传感器表面电阻变化取决于吸附气体与半导体材料间的电子交换，器件在空气中工作时会吸附氧等电子兼容性大的气体，导致氧化锡表面空间电荷层区域的自由电子被束缚，表面电导减少，从而器件处于高阻态；一旦器件与被测气体接触，就会与吸附的氧等发生反应，将被束缚的电子释放出来，使器件处于低阻态。所以氧化锡与氧化镍复合薄膜将可能互补提高阻变特性，在阻变存储器领域表现出良好应用前景。

阻变存储器的功能是由不同电阻状态转换来实现的，虽然不同材料中阻变机理仍没有定论，但是缺陷和杂质的关键作用却已得到公认，单元金属氧化物薄膜中的本征缺陷如位错、晶界、离子或者空位分布不均匀且难以控制，导致相应存储器件性能不理想，器件优良率低、阈值电压高、均一性和稳定性差等缺点，而掺杂则能有效解决这些问题，如对于单纯的氧化镍薄膜，Al掺杂可增加开关动作的持久性，Ru则是优良的记忆金属和吸光金属元素，在存储器和选择性吸收涂层领域中有良好应用潜质，但是目前对于氧化锡与氧化镍复合薄膜掺杂改性的技术研究还是空白。

目前常用的薄膜制备方法包括溅射法、气相沉积法和喷雾热分解法，不同的制备工艺对薄膜微观结构和性能有很大影响。其中的溅射法存在对设备的真空度要求较高，大面积成膜的电导率和透光率稳定性差，以及薄膜均匀性得不到保证等缺点；气相沉积法镀膜所用的高蒸气压液体或气体，制备和提纯困难，易产生废液污染；喷雾热分解法制备的薄膜粗糙度较大，存在较多孔洞，致密性差。都不适合制备颗粒分散性好，粒径小且尺寸分布窄的大面积薄膜。

发明内容

针对现有镍锡复合薄膜掺杂技术存在的空白，本发明提供一种Ru-Al共掺杂镍锡复合薄膜的制备方法，本发明方法采用溶胶凝胶法，通过制备Ru-Al共掺杂镍锡复合溶胶、清洗基片、旋涂镀膜、热处理等步骤，制备出晶粒分布均匀、致密性较好的高质量Ru-Al共掺杂镍锡复合薄膜。